高二物理《电容器与电容》课件.ppt

七、电容器与电容,高一物理 卜为平,带电体放在空中，它所带的电荷是会慢慢地失去的，为了保存电荷，我们就需要有一个能“装电荷的容器”电容器。,1、电容器：能够容纳（储存）电荷的器件。,电容器是一种存储电荷的装置，它在收音机、电视机、洗衣机、电冰箱等各种家用电器中是一个不可缺少的关键元件之一。例如收音机的“调台”就是利用电容器来实现的。那么，电容器的构造如何？它有何性质及特点呢？,2）放电：使电容器失去电荷的过程。,1）充电：使电容器带电的过程。,（1）构造：,两个互相靠近且彼此绝缘的导体。,a.电容器的极板：构成电容器的两个导体。 b.最简单的电容器平行板电容器：在两个正对的平行金属 板间夹上一层电介质（绝缘体）。,（2）工作方式:,（其它能转化为电场 能）充电后两极板带有等量的异种电荷。若 保持与电源连接，则板间电压U不变；若断开 电源，则极板所带电量Q不变。 （电场能转化为 其它形式的能）,（3）电容器是储存电场能的装置。 1）原理：异种电荷互相吸引。 2）电容器的电荷量：一个极板所带电量的绝对值。,不同的电容器容纳电荷的本领是不同的，就像不同的容器的装水量各不相同一样。为了衡量电容器这种本领的异同，我们引入一个新的物理量”电容“。,（1）电容是电容器本身的一种属性，其大小与 电容器的电荷量无关。 对于一个固定的电容器来说，若其电荷量Q增大，则其正极板的电势升高，而负极板的电势降落，正、负极板的电势差U必增大，且Q与U成正比（QEU），比值Q/U是一个常量。此常量越大，则表明U一定时，容纳了更多的电荷量Q，即此电容器的电容越大。,2、电容：描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。,（2）概念：电容器所带电荷量Q与两极板间电势 差U的比值叫电容器的电容。,（3）定义式：,（4）单位：法拉（简称法），符号为“F”。 常用单位：微法（F）、皮法（pF）。 1F = 10-6F，1 pF =10-12F。,电容的大小显然应取决于自身的结构，那么跟哪些因素有关呢？,（5）计算式：,静电计,静电计是在验电器的基础上制成的，用来测量导体间的电势差，从指针的偏转角度就可以知道两个导体间的电势差。,在Q和S不变时，d减小，U减小。由C=Q/U知：C增大。,d则引力F，容量C,在Q和d不变时，S越小，U越小。由C=Q/U可知：C越小。,S相当于r，引力F，故C,在Q、 d和S不变时，插入电介质（r增大），U减小。由C=Q/U知：C增大。,介质插入平行板电容器两极中后，使正负极板中的电荷更加不易相向运动而中和，从而C。,（6）决定式：,（平行板电容器）,r相对介电常数；k=9.0109Nm2/C2 一般来说，电容器的电容决定于两极板的大小和形状、相对位置及板间的电介质。,3、常用电容器：,（1）按构 造分:,固定电容器：C不可变（符号为 ）,可变电容器：C可改变（符号为 ）,半可变电容器：C只能作微小改变,（2）按介 质分：,纸介电容器：容量大，价格低，体积小； 损耗大，有电感。,云母电容器：介质损耗小，绝缘性能好， 较稳定。,4、电容器的重要指标：电容及额定电压。,瓷介电容器：耐磨，寿命长；易破碎。,电解电容器：容量大（介质薄且两极近)， 体积小；有极性，易漏电。 （符号为： ）,（2）击穿电压：加在电容器两极上的极限电压。,（1）额定电压：电容器长期工作所能承受的电压。,一般情况下，工作电压应低于击穿电压。,感应起电机,莱顿瓶- 现在叫“电容器”,小结：,1、电容器是电器中是一个不可缺少的关键元件之一。,2、任何两个相近又彼此绝缘的导体均可认为是一个电 容器（如一段双股塑料电线，两股平行的输电线等），其 容量电容的大小只跟电容器自身的构造（S、d 、r）有关，而与Q、U无关。,3、利用公式C =rS4kd，C = QU，E = Ud，可 以判断电容器的带电量Q、两极板间电势差U、两极 板间场强E的变化。(Q= rSU 4kd ; U=4kQd /rS; E=4kQ/ rS),A,例题:平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，在 两板间有一正电荷（电荷量很少）固定在P点，如 图所示，以U表示电容两极板间的电压，E表示两极 板间的场强，Ep表示正电荷在P点的电势能，若保 持负极板不动，而将正极板移至图中虚线所示的位 置，则（ ） A、U变大， Ep不变 B、E变大， Ep不变 C、U变小， Ep变大 D、U不变， Ep不变,解：由U=4kQd/rS及 E=4kQ/ rS可知：d增大，则U增大 而E不变；Ep= qp=qEd1 也不变。,1、某电容C=20PF，那么用国际单位表示，它的电容 为_F,210-11,练习巩固：,2、两个电容器电量之比为2：1，电压之比为1：2， 则 它们的电容之比为_ 。,4:1,3、关于电容器的电容，下列说法正确的是：（ ） A.电容器所带的电荷越多，电容就越大 B.电容器两极板间电压越高，电容就越大 C.电容器所带电荷增加一倍，则两极间的电压也一 定增加一倍 D.电容表征电容器容纳电荷的本领的物理量,CD,4、有一正充电的平行板电容器，若使它的电荷量减少 310-4C，其电压降为原来的三分之一，则:（ ） A、电容器原来的带电量可能是910-4C B、电容器原来的带电量为4.510-4C C、电容器原来的电压可能为1V D、电容器原来的电压可能为110-4V,BC,D,5、下列说法中正确的是:（ ） A、平行板电容器一板带电Q，另一板带电Q， 则此电容器不带电。 B、由公式C=Q/U 可知，电容器的电容随带电量Q的 增加而变大。 C、平行板电容器保持带电量不变而增大板距时，两 板间电压要减小。 D、电容器的带电量与两极板间的电势差成正比。,6、两块平行金属板带等量异量电荷，要使两板间的电 压加倍，而板间的电场强度减半，应使（ ） A、两板的电荷量加倍，而距离变为原来的4倍 B、两板的电荷量加倍，而距离变为原来的2倍 C、两板的电荷量减半，而距离变为原来的4倍 D、两板的电荷量减半，而距离变为原来的2倍,C,7、用两节相同的电池给两个电容器C1和C2充电，已 知C1C2，当达到稳定状态时，两电容器的电势 差分别为U1和U2，带电量分别为Q1和Q2，则： （ ） AU1U2 BU1=U2 CQ1=Q2 DQ1Q2,BD,8、某平行板电容器的电容为C，带电荷量为Q，相距为 d，今在板间中点放一个电荷量为q的点电荷，则它 受到的电场力的大小为（ ） A、 B、 C、 D、,C,D,9、在下图所示的实验装置中，平行板电容器的极板A 与一个灵敏的静电计相接，极板B接地，若极板B稍 向上移动一点，由观察到的指针变化做出平行板电 容器电容变小的依据是：（ ） A、两极板间的电压不变，极板上的电荷量变小 B、两极板间的电压不变，极板上的电荷量变大 C、极板上电荷量几乎不变，两极板间电压变小 D、极板上电荷量几乎不变，两极板间电压变大,10、如图所示， C1和 C2是两个相同的平行板电容器，带 有相等的电荷量，用导线连接如图。今在电容器 C1 的两极板间插入一块电介质，在电介质插入的过程 中，下列哪些现象会发生（ ） A、导线上有电流通过，方向为a b,c d B、导线上有电流通过，方向为b a,d c C、达到稳定时， C1两极板间的电压高于 C2两极板间 的电压 D、 C2的带电量保持不变,B,简析：r则C，若Q不 变则U，要维持 U1=U2，就需对 C1“充电”。,电冰箱按原理分类可分为如下九种： 1)压缩式电冰箱：该种电冰箱由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统作功。制冷系统利用低沸点的制冷剂，蒸发时，吸收汽化热的原理制成的。其优点是寿命长，使用方便，目前世界上9195的电冰箱属于这一类。 2)吸收式电冰箱：该种电冰箱可以利用热源(如煤气、煤油、电等)作为动力。利用氨-水-氢混合溶液在连续吸收-扩散过程中达到制冷的目的。其缺点是效率低，降温慢，现已逐渐被淘汰。 3)半导体电冰箱：它是利用对PN型半导体，通以直流电，在结点上产生珀尔帖效应的原理来实现制冷的电冰箱。 4)化学冰箱：它是利用某些化学物质溶解于水时强烈吸热而获得制冷效果的冰箱。 5)电磁振动式冰箱：它是用电磁振动机作本动力来驱动压缩机的冰箱。其原理、结构与压缩式电冰箱基本相同。 6)太阳能电冰箱：它是利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。 7)绝热去磁制冷电冰箱。 8)辐射制冷电冰箱。 9)固体制冷电冰箱。,电冰箱的制冷原理,以单门电冰箱为例，我们先来了解一下它的主要结构和工作原理。电冰箱由箱体、制冷系统、控制系统和附件构成。在制冷系统中，主要组成有压缩机、冷凝器、蒸发器和毛细管节流器四部分，自成一个封闭的循环系统。其中蒸发器安装在电冰箱内部的上方，其他部件安装在电冰箱的背面。系统里充灌了一种叫“氟里昂12（CF2Cl2，国际符号R12）”的物质作为制冷剂。R12在蒸发器里由低压液体汽化为气体，吸收冰箱内的热量，使箱内温度降低。变成气态的R12被压缩机吸入，靠压缩机做功把它压缩成高温高压的气体，再排入冷凝器。,在冷凝器中R12不断向周围空间放热，逐步凝结成液体。这些高压液体必须流经毛细管，节流降压才能缓慢流入蒸发器，维持在蒸发器里继续不断地汽化，吸热降温。就这样，冰箱利用电能做功，借助制冷剂R12的物态变化，把箱内蒸发器周围的热量搬送到箱后冷凝器里去放出，如此周而复始不断地循环，以达到制冷目的，见图251。,電冰箱的運作基於兩個物理學原理。首先，當物體由液態轉變為氣態時，液體的溫度會停留在沸點，直至液體完全蒸發掉。在這個相變的過程中，物體要吸收一定的能量，這個能量就叫做潛熱。另一方面，假如在高壓的情況下，物體的沸點便會上升，本來氣化了的物質也可能因此而變回液體，並且把潛熱釋放出來。,電冰箱有一條管道，一部分在冰箱內，一部分在冰箱外。管道裡面有一種特別的物質，這種物質的沸點很低。管道的底部有一個泵，使物質不斷地在管道裡循環 (圖一)。管道上面的部分有一個狹窄的小孔，減慢了外露管道之中物質的流速，當中的物質因而受到很大的壓力。物質在這個範圍沸點上,升，由氣體變成液體，把潛熱釋放出來。當物質通過小孔進入電冰箱的內部時，壓力會減少了許多，沸點回復到先前較低的水平，物質便由液態轉變為氣態，並且會吸收電冰箱內的熱能 (潛熱)，使冰箱內的溫度降低，達到了冷凍的效果。,另一方面，由於物質在電冰箱外面要把熱能散發出去，所以便要塗上黑色，因為黑色的物質放出較多輻射，把熱能散發。而且，管道周圍也加上了許多面積大的金屬片，目的也是為了方便散熱。,氟氯昂的成分是什么? 氟氯昂也叫氟氯代烷,它是一类多卤代烃,主要是含氟和氯的烷烃衍生物,有的还含有溴原子.,氟氯昂对臭氧层的破坏作用? 大气中的臭氧层能吸收波长小于300nm的紫外线，从而避免紫外线对生命体的伤害，使得癌症的发病率降低。但是由于近几十年以来人类在使用氟氯昂类物质作为制冷剂时没有考虑到对臭氧层的破坏作用，致使在南北极上空出现臭氧层空洞，整个臭氧层平衡遭到破坏，人类皮肤癌的概率增多，由此近年来开始开发一些新的制冷剂或新的制冷技术来代替氟氯昂类物质。,大气臭氧层中臭氧含量减少所导致的太阳紫外线辐射增强，将对人类的生存环境造成较 大的负面效应。 研究表明，大气中的臭氧含量每减少l，抵达地球表面的有害紫外线将增加2%左右，皮 肤癌的发病率将增加4%左右。所以随着高空臭氧含量的逐年减少，患皮肤癌的人数正在世界 范围逐年憎加，目前约占癌症患者的三分之一。英国科学家认为，由于臭氧层受到破坏，英 国的皮肤癌患者至少会增加15；美国医学专家预测，到2060年，美国的皮肤癌患考可能达 到4000万人。此外，臭氧层遭到破坏还会损害人的免疫功能，使患白内障等疾病的人数增多。 一位医学专家说：“如果要避免地球臭氧层变薄而使皮肤免受紫外线的损害，那么在阳光下 穿红色衣裙是一种有效的办法。 臭氧层的破坏，也会对动植物构成严重威胁。一些专家认为，它会对小麦、水稻、大豆、 土豆等农作物生长发育产生有害影响，从而降低农作物产量；它还会破坏水生动植物食物链， 危及鱼虾、浮游生物的安全。,低空臭氧是一种最强的氧化剂, 能够与几乎所有的生物物质产生反应，浓度很低时就能损坏橡胶、油漆、织物等材料； 臭氧对植物的影响很大。浓度很低时就能减缓植物生长，高浓度时杀死叶片组织, 致使整个叶片枯死, 最终引起植物死亡，比如高速公路沿线的树木死亡就被分析与臭氧有关.,冰山消融，海水上涨，气温升高，生态破坏温室效应带来的全球气候变暖恶果已经明白无误地显现在世人面前。气象学家发现，根据过去两年的监测资料，大气中二氧化碳的含量出现了快速升高的趋势，大大超过了原有的记录。专家们,担心，长此下去，温室效应会变得越来越严重，地球变暖的速度将会不断加快。,冰箱是人们生活中所需物件。以往人们用的电冰箱，大多以氟利昂（冰晶石）进行冷冻，但氟利昂排放出的气体，污染较大，特别是破坏了臭氧层。因此，电冰箱就向无氟方向发展。 磁制冷冰箱，就是其中之一。所谓磁制冷冰箱，就是它所采用的某些材料，能使温度升高后而产生磁性的原理来